濟南鋼城礦業(yè)公司數(shù)字化安全礦山的構(gòu)建

王孝虎

（山東鋼鐵集團礦業(yè)有限公司， 山東 濟南 250101）

濟南鋼城礦業(yè)有限公司（全文簡稱公司）原為濟南張馬屯鐵礦，始建于1966年，為濟鋼集團有限公司的全資子公司。公司床水文地質(zhì)條件極其復雜，涌水量特別大，為國內(nèi)外罕見的大水礦山。建礦以來，成功地實施了小帷幕注漿堵水試驗工程和大帷幕注漿堵水工程，實現(xiàn)了安全開采。經(jīng)過多年的建設(shè)，公司已發(fā)展成為1座年設(shè)計生產(chǎn)能力50萬t，采礦、選礦、充填互為原料、綜合平衡的良性閉路循環(huán)，安全、高效、無廢排放的綠色中型地下礦山。多年來，公司堅持以人為本，牢固樹立安全發(fā)展的理念，堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，緊緊依托科技進步，不斷加大安全生產(chǎn)投入，推廣應用安全適用的技術(shù)裝備和防護設(shè)施，保障了安全生產(chǎn)。近幾年來公司累計投資500多萬元，先后建設(shè)了帷幕穩(wěn)定性微震監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)、井下無線通訊系統(tǒng)等項目，走出了一條富有特色的數(shù)字化礦山建設(shè)之路。

1 數(shù)字化礦山建設(shè)情況

近年來公司從自身需要出發(fā)，緊密結(jié)合生產(chǎn)安全實際情況，先后引進實施了一些先進的數(shù)字化監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)手段，積極建設(shè)數(shù)字化礦山，不斷提升了礦井的本質(zhì)化安全水平。

1.1 研究開發(fā)了帷幕穩(wěn)定性微震監(jiān)測系統(tǒng)

公司作為國內(nèi)外罕見的大水礦床水文地質(zhì)條件極其復雜，經(jīng)過幾次帷幕注漿堵水工程，實現(xiàn)了礦體的安全可采。帷幕作為礦山安全開采的屏障，其穩(wěn)定性對與礦山安全開采至關(guān)重要，但受水文地質(zhì)條件復雜性和注漿施工技術(shù)適宜性的限制，帷幕工程并不均勻，帷幕薄弱位置在爆破震動的影響下可能發(fā)生變化，而且帷幕內(nèi)外的高水力差異也會引起巖石穩(wěn)定性變化，從而導致帷幕的穩(wěn)定性存在不確定性，甚至發(fā)生破壞。如果帷幕的穩(wěn)定性發(fā)生大變化，又沒有預先監(jiān)測預報并采取應對措施，可能發(fā)生滅頂之災，其后果不堪設(shè)想[1-4]。

作為礦山安全的重要措施，在國內(nèi)外的深井礦山中得到了廣泛應用。2006年9月開始，公司與大連大學、青島理工大學等合作，投資近150萬元，開展了帷幕穩(wěn)定性微震監(jiān)測研究，引進加拿大ESG公司的微震監(jiān)測系統(tǒng)，建成了國內(nèi)第一個帷幕穩(wěn)定性微震監(jiān)測系統(tǒng)。利用微震監(jiān)測技術(shù)，建立帷幕穩(wěn)定性微震監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對張馬屯鐵礦注漿帷幕的微震活動24 h連續(xù)監(jiān)測，獲取了大量微震事件的時空數(shù)據(jù)、誤差、震級以及能量等多項震源參數(shù)，應用系統(tǒng)的分析軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行初步分析研究，基本可以評價帷幕的穩(wěn)定性。

1.2 礦井視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)

為提高礦井本質(zhì)安全，公司從2006年11月份開始建設(shè)礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對井上、井下的關(guān)鍵設(shè)備和崗位進行監(jiān)控。

一期投資36萬余元，建成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有30個監(jiān)控點，主要分布在副井口、2.25絞車房、選礦球磨機、選礦浮選機、主井口、-240m主井口、-240 m泵房、-240 m配電室、-240 m炸藥庫、-200 m盲立井口、-240 m盲立井口、1.85 m絞車房、-360 m盲立井口、-360 m泵房、-360 m配電室等。該系統(tǒng)通過光纖或視頻傳入安裝在調(diào)度室的電視墻顯示畫面，所有信號都由安裝在調(diào)度室的1臺服務(wù)器控制，同時通過服務(wù)器把監(jiān)控視頻信息傳到公司局域網(wǎng)內(nèi)，這樣從公司任何1臺聯(lián)網(wǎng)電腦都能看到所有監(jiān)控點畫面。在三個提升系統(tǒng)的絞車房視頻監(jiān)視器可以實時看到提升罐籠運行及填車、出車情況，給絞車司機安全準確操作提供了保障。監(jiān)控系統(tǒng)對分析、預防事故，隨時掌握設(shè)備、工藝情況提供了便捷條件。從2007年起，公司根據(jù)需要又增加了8個監(jiān)控點，主要分布在井下大巷、斜井、泵房等處。2010年底又投資37萬多元對監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器進行升級改造。經(jīng)過不斷地對視頻監(jiān)控系統(tǒng)完善改造，實現(xiàn)了對公司關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵崗位的實時視頻監(jiān)控，有力保障了安全生產(chǎn)。

1.3 井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)的建設(shè)

由于地下礦山生產(chǎn)的特殊性，井下作業(yè)面分散、施工地點多、井下環(huán)境特殊復雜，很多地方不具備通訊條件，在遇到突發(fā)涌水等緊急情況時，不能準確掌握具體的施工人數(shù)和作業(yè)地點，僅靠現(xiàn)有的通訊設(shè)施不能在第一時間內(nèi)通知到作業(yè)人員及時撤離，在實施救援時也難以確定人員位置，不利于進行統(tǒng)一的自動化調(diào)度管理，給公司的安全生產(chǎn)管理帶來很大的隱患。

公司根據(jù)井下生產(chǎn)和安全實際情況，于2008年10月投資45萬元建設(shè)了安裝井下人員定位管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了：人員定位，人員跟蹤，運動軌跡回放；實時圖形顯示、查詢、人員超時報警；考勤和特殊工種管理；數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。

礦業(yè)公司井下人員定位系統(tǒng)主要由監(jiān)控主機、24臺數(shù)據(jù)采集器、2臺KJJ108光纖數(shù)據(jù)傳輸接口和幾百個人員標識卡組成。整個礦井一共設(shè)計分布了24個KGE102-RX無線數(shù)據(jù)采集器，分別用于人員定位和考勤管理。系統(tǒng)通訊主干網(wǎng)采用光纖進行傳輸,KJJ108光纖數(shù)據(jù)傳輸接口有四路RS485信號，可根據(jù)實際情況擴充接入8～16個采集器。每名下井職工的信息通過佩戴的IC磁卡，由在附近數(shù)據(jù)采集器收集后傳輸?shù)骄险{(diào)度中心，通過屏幕顯示，隨時掌握下井人員的位置，當出現(xiàn)緊急情況時，能夠及時通知撤離和救援，提高了礦井應急反應能力。

1.4 -360 m水平排水遠程控制系統(tǒng)的建設(shè)

作為大水地下礦山，排水保障能力是防水的關(guān)鍵。-360 m作為最低開采水平，最可能先被突水淹沒，而礦山的一級排水泵房設(shè)在該水平。為提高礦井應急能力，在突發(fā)涌水情況下既能夠保證泵房人員生命安全，同時又能最大限度保證礦井不被水淹，2009年下半年，公司投資近200萬元對-360 m排水系統(tǒng)進行遠程控制改造，建成了-360 m排水遠程控制系統(tǒng)。-360 m排水遠程控制操作：由超聲液位傳感器連續(xù)檢測水倉水位，根據(jù)水倉和吸水井的水位，自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自動輪換工作，在危險水位時，自動投入運行必要數(shù)量的水泵。發(fā)生突水事故時，在-240 m泵房或地面遠程啟動、操作-360 m水泵，-360 m泵房無需留人值守。

該遠程控制操作系統(tǒng)的主要特點：

1）根據(jù)公司現(xiàn)有設(shè)備狀況，在保證操作安全前提下，實現(xiàn)了“自動”、“半自動”、“檢修”三種工作方式。在“自動”模式下，由超聲液位傳感器連續(xù)檢測水倉水位，根據(jù)水倉和吸水井的水位，自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自動輪換工作，在危險水位時，自動投入必要數(shù)量的水泵運行。此方式下可實現(xiàn)無人值守。

2）采用了超聲水位計連續(xù)檢測水倉水位，自動開停水泵，還能實現(xiàn)分時計費和“移峰填谷”，從而達到節(jié)能降耗目的。

3）系統(tǒng)留有網(wǎng)絡(luò)接口，可以把井下水泵房的信息由PLC采集，再傳輸至地面計算機，與礦井監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，管理人員在地面即可掌握井下水泵房監(jiān)控設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。

排水遠程控制操作的改造實現(xiàn)了-360 m泵房無人值守，在發(fā)生突水事故時，可以在-240 m泵房或地面遠程啟動、操作-360 m水泵，保證了水泵工的安全，提高了礦井應急能力。

1.5 井下無線通訊系統(tǒng)的安裝

濟南鋼城礦業(yè)公司已經(jīng)開采40多年，工作面從-80m到-360m，十幾個分段水平，井口到工作面的距離近2000m，通訊線路比較龐大。20世紀90年代公司投資20多萬元安裝了電話程控交換機，目前已很難滿足要求。近年來，無線通訊技術(shù)日漸成熟且費用也逐步降低。為了保證井下通訊暢通，保障安全，公司于2010年在井下安裝了無線通訊系統(tǒng)，共計投資150萬元。

無線通訊系統(tǒng)由移動公司總承包，從移動公司基站的機房中引出光纖，通過光纖將移動信號傳輸?shù)降V井下各條巷道中的井下多模TD－GSM設(shè)備，井下多模TD－GSM設(shè)備將移動信號通過饋線傳輸?shù)骄赂鞯攸c，并由各種天線發(fā)射出去，最終實現(xiàn)無線信號覆蓋井下各水平主要巷道，公司職工可以在井下移動信號覆蓋的地點自由使用手機，以應對井下各事態(tài)的發(fā)生，同時可以在移動網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上開發(fā)更多的應用功能。

井下無線通訊系統(tǒng)的建立解決了井下通信不便的瓶頸，大大提升了公司的應急反應能力，對安全生產(chǎn)具有重要意義。

2 結(jié)語

研究礦山生產(chǎn)過程優(yōu)化及協(xié)同控制方法，切實建立關(guān)聯(lián)自動流程控制模型是建立數(shù)字化礦山的關(guān)鍵[5]，今后幾年公司將緊密跟蹤國內(nèi)外礦山安全生產(chǎn)先進技術(shù)裝備，從本單位實際條件出發(fā)，堅持有計劃有重點地引進、投資建設(shè)數(shù)字化、智能化礦山，并堅持與日常管理并重，使投資項目充分發(fā)揮了作用。我們將以國發(fā)23號文件要求為指導，繼續(xù)加大安全生產(chǎn)各項投入，確保礦井安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)按時完成，把公司建設(shè)成為本質(zhì)安全型礦井。

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